引言:随着电气工程领域对自动化控制要求的不断提高,可编程逻辑控制器(PLC)得到了广泛应用。PLC技术集电气、电子、机械、计算机等多学科于一体,能有效实现对电气工程过程的自动监控与优化管理。因此,深入研究PLC技术及其在电气工程自动化控制方面的应用,对推动电气工程自动化发展具有重要意义。

1 PLC基本概念

可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller,PLC)是一种数字操作的电子系统,用于对工业过程进行逻辑运算和控制的可编程设备。它由中央处理器、存储器、输入接口模块、输出接口模块等组成,通过读取输入模块状态,根据用户编写的程序,对输出模块进行相应控制,从而对被控对象实现逻辑运算、计数、时序、算术运算等功能。工作时,它可以循环地反复扫描和执行用户设定的程序,实现流程控制的自动化。PLC的基本概念是将传统的继电器控制逻辑用软件程序的方式来实现,从而提高了控制系统的灵活性和可靠性。

2 PLC技术在电气工程自动化控制系统中的应用情况

2.1 在顺序控制中的应用

顺序控制是自动化控制中常用的一种形式，PLC作为可编程控制器，其顺序控制功能十分强大。可以利用PLC的计时和计数功能及其丰富的逻辑运算指令，方便灵活地实现对顺序启动、顺序停止、正反序控制以及异常情况处理等顺序控制逻辑。这为电气工程中电机的启动停止、设备程序运行提供了可靠保障^[1]。例如，在电气工程中，有一种常见的顺序控制需求，就是对多台电机进行联锁控制，使其按照一定的顺序启动和停止，避免电机之间的干扰和冲突。可以利用PLC的内部继电器和计时器，设计出如下的顺序控制程序：（1）当启动按钮S1按下时，PLC输出Y1，使电机M1启动，并将内部继电器M1置位，同时启动计时器T1，计时5秒。（2）当计时器T1计时结束时，PLC输出Y2，使电机M2启动，并将内部继电器M2置位，同时启动计时器T2，计时10秒。（3）当计时器T2计时结束时，PLC输出Y3，使电机M3启动，并将内部继电器M3置位，同时启动计时器T3，计时15秒。（4）当计时器T3计时结束时，PLC输出Y4，使电机M4启动，并将内部继电器M4置位，此时四台电机全部启动。（5）当停止按钮S2按下时，PLC输出Y5，使电机M4停止，并将内部继电器M4复位，同时启动计时器T4，计时5秒。（6）当计时器T4计时结束时，PLC输出Y6，使电机M3停止，并将内部继电器M3复位，同时启动计时器T5，计时10秒。（7）当计时器T5计时结束时，PLC输出Y7，使电机M2停止，并将内部继电器M2复位，同时启动计时器T6，计时15秒。（8）当计时器T6计时结束时，PLC输出Y8，使电机M1停止，并将内部继电器M1复位，此时四台电机全部停止。这样，就实现了对四台电机的顺序控制，避免了电机之间的干扰和冲突。

2.2 在闭环控制中的应用  

闭环控制是自动化控制的重要形式之一。可以利用PLC实现PID闭环控制算法，进行如直流调速系统、交流调频系统、温度调节系统等的精确控制。PLC集成了A/D转换器模块和D/A转换器模块，可以接收各种模拟量传感器的信号，经AD转换后与给定值进行比较，按照PID算法计算输出控制变量实现对过程量的精确控制，输出控制变量再通过DA转换输出至执行机构如电机等。这可广泛用于电气工程领域的过程控制。例如，在电气工程中，有一种常见的闭环控制需求，就是对温度进行恒定控制，使其保持在设定的温度范围内，避免温度过高或过低造成损害或影响效果^[2]。可以利用PLC的A/D转换器模块和D/A转换器模块，设计出如下的闭环控制程序：（1）PLC通过A/D转换器模块接收温度传感器的信号，将其转换为数字量，存储在数据寄存器D0中。（2）PLC将数据寄存器D0中的温度值与设定的温度值进行比较，计算出温度偏差，存储在数据寄存器D1中。（3）PLC根据温度偏差，按照PID算法计算出输出控制变量，存储在数据寄存器D2中。（4）PLC通过D/A转换器模块将数据寄存器D2中的输出控制变量转换为模拟量，输出至加热器或冷却器，实现对温度的恒定控制。这种闭环控制程序可以根据实际需要进行修改和调整，具有很高的精度和效率。

2.3 在开关控制中的应用

利用PLC进行开关量的运动控制是其最广泛的应用。可以通过PLC的内部继电器的弹跳控制，规划控制逻辑，对电气工程中的磁启动器、电动机进行精确操控，实现对其遥控启动、停止、正反转、制动以及异常保护等。PLC的快速逻辑判别及丰富的计时计数功能，使其在牵引电气工程、电气化运输、机床等领域中得到大范围应用。例如，在电气工程中，有一种常见的开关控制需求，就是对电动机进行正反转控制，使其能够根据需要改变运行方向，实现对设备的正常工作。可以利用PLC的内部继电器的弹跳控制，设计出如下的开关控制程序：（1）当正转按钮S1按下时，PLC输出Y1，使磁启动器KM1吸合，电动机M正转，并将内部继电器M1置位，同时将内部继电器M2复位，防止反转按钮S2的误操作。（2）当反转按钮S2按下时，PLC输出Y2，使磁启动器KM2吸合，电动机M反转，并将内部继电器M2置位，同时将内部继电器M1复位，防止正转按钮S1的误操作。（3）当停止按钮S3按下时，PLC输出Y3，使磁启动器KM1和KM2断开，电动机M停止，并将内部继电器M1和M2复位，恢复到初始状态。这样，就实现了对电动机的正反转控制，保证了电动机的运行方向可以随时改变。

2.4 在数控系统中的应用

PLC数字操作功能强大，结合现场总线技术，可构建灵活高效的数控系统。可以通过编辑PLC软元件或硬元件的功能程序，实现对现场信号的收集与处理，对各种执行机构的控制，完成对机床、机器人、生产流水线等的数控与运动控制。PLC数控系统开发周期短、调试方便，可大幅提高电气工程自动化水平^[3]。例如，在电气工程中，有一种常见的数控系统需求，就是对数控机床进行编程控制，使其能够根据需要加工出各种形状的零件，实现对生产的高效率和高质量。可以利用PLC的现场总线技术，设计出如下的数控系统程序：（1）PLC通过现场总线与数控机床的各个部件进行通信，如主轴、进给轴、刀库、刀具、工件、测量仪等，获取其状态和参数，存储在数据寄存器中。（2）PLC根据用户输入的加工程序，解析出各个指令，如G代码、M代码、S代码等，按照顺序执行，控制数控机床的各个部件进行协调运动，实现对工件的加工。（3）PLC在加工过程中，实时监测数控机床的各个部件的运行情况，如速度、温度、电流、电压、振动等，通过PID算法进行调节，保证数控机床的稳定性和精度。（4）PLC在加工结束后，对工件进行测量和检验，如尺寸、形状、表面粗糙度等，与设定的标准进行比较，判断工件的合格与否，输出相应的结果和报告。这样，就实现了对数控机床的编程控制，保证了工件的加工质量和效率，具有很高的灵活性和智能性。

结束语: PLC技术为电气工程领域的自动化控制提供了一种高效、灵活、可靠的技术手段,在顺序控制、闭环控制与过程控制等方面都有着非常广泛的应用,必将随着技术与理论的发展而不断扩大其应用范围,为电气工程领域的发展提供强有力的技术支持。

参考文献：

[1] 王一行. PLC技术在电气设备自动化控制中的应用 [J]. 中国设备工程, 2023, (19): 221-223.

[2] 马吉祥. PLC技术在电气设备自动化控制中的应用 [J]. 机电产品开发与创新, 2023, 36 (05): 125-127.

[3] 冯玉龙. PLC技术在电气工程及其自动化控制中的运用分析 [J]. 数字通信世界, 2023, (09): 57-59.